光的折射全反射色散LI.ppt

高三物理高考复习,第14章 光 学,第1讲 光的折射 全反射和色散,基础知识梳理,一、光的折射与折射率 1光的折射 光从 进入 时，传播方向发生改变的现象称为光的折射现象,一种介质,另一种介质,基础知识梳理,2光的折射定律 折射光线与入射光线、法线处在 ；折射光线和入射光线分别位于 的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成 ,同一平面内,法线,正比,基础知识梳理,3折射率 (1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率,基础知识梳理,(3)物理意义 折射率是表示光线从一种介质进入另一种介质时，发生 程度的物理量，与入射角i及折射角大小 关,偏折,无,基础知识梳理,(4)折射率和光速的关系 折射率和光在介质中传播的速度有关， 式中c m/s，n为介质的折射率，总大于1，故光在介质中的传播速度必 真空中的光速 (5)在光的折射现象中，光路是 的,3.0108,小于,可逆,基础知识梳理,二、全反射 1光密介质与光疏介质,光密,光疏,基础知识梳理,2.全反射现象：光从光密介质入射到 介质的分界面上时，光 反射回 介质的现象 3临界角：折射角等于90时的入射角,光疏,全部,光密,4发生全反射的条件 (1)光由 介质射向 介质 (2)入射角 临界角 5.光导纤维：实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，在内芯和外套的界面上发生全反射，如图1421所示,光密,光疏,图1421,基础知识梳理,三、棱镜 1棱镜对光线的作用 让一束单色光从空气射向玻璃棱镜的一个侧面，经过两次折射而从另一侧面射出时，将向棱镜的 方向偏折如图1422所示,底面,图1422,基础知识梳理,(1)两次折射后，后来的传播方向和原来传播方向间的夹角即为偏折角 (2)在入射角相同的情况下，偏折角度跟棱镜材料的折射率有关，折射率越 ，偏折角越 ,大,大,基础知识梳理,(3)光线通过三棱镜后向底面偏折，通过三棱镜看物体，看到的是物体的虚像，向棱镜的 方向偏移，如图1423所示,顶角,图1423,基础知识梳理,2全反射棱镜 横截面是等腰直角三角形的棱镜，它在光学仪器里，常用来代替平面镜，改变光的传播方向，如图1424所示，其能量损失更小，效果更好,图1424,基础知识梳理,(3)如图丙所示，光线平行AC面射入，光线在AC面发生全反射，射出后方向不变，发生侧移,(1)如图甲所示，光线垂直AB面射入，光线在AC面发生全反射，光线方向改变了90. (2)如图乙所示，光线垂直AC面射入，光线在AB、BC面发生全反射，光线方向改变了180.,基础知识梳理,3.光的色散 (1)定义：白光通过三棱镜后，在光屏上形成一条彩色光带光谱，这就是光的色散，如图1425所示，光谱中红光在最上端，紫光在最下端，中间是橙、黄、绿、蓝、靛等色光,图1425,基础知识梳理,(2)光的色散现象说明白光是复色光，是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫7种单色光组成 (3)光的色散现象表明，各种色光通过棱镜红光偏折最小，紫光偏折最大 (4)同一种介质对不同色光的折射率n不同，对红光的折射率 ，对紫光的折射率 ,最小,最大,基础知识梳理,的光速 ，紫光的光速 ，但各种颜色的光在真空中光速都是3.0108 m/s. 红光发生全反射的临界角 ，紫光的临界角 ,最大,最小,最小,最大,一、对折射率的理解 1折射率是用光线从真空斜射入介质，入射角正弦与折射角正弦之比定义的，由于光路可逆，入射角、折射角随光路可逆而“换位”因此，在应用时折射率可记忆为 的夹角，介质角为介质中光线与法线的夹角),课堂互动讲练,课堂互动讲练,2折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中 3折射率的大小不仅与介质本身有关，还与折射光的频率有关，同一种介质，对频 率大的光折射率大，对频率小的光折射率小 4同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率不变,4各种色光的比较,1如图1426所示，一细束红光和一细束蓝光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点M，若用n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，下列说法中正确的是( ),课堂互动讲练,即时应用,An1n2，a为红光，b为蓝光 Bn1n2，a为蓝光，b为红光 Cn1n2，a为红光，b为蓝光 Dn1n2，a为蓝光，b为红光,图1426,解析：选B.由图可知，b光线经过三棱镜后的偏折角较小，因此折射率较小，是红光故B正确,【例】 如图所示,a、b两束不同的单色光平行地从空气射入水中,发生折射,则下述结论正确的是( ),A.水对光束a的折射率较大 B.水中光束b的速度较小 C.光束a的频率较大 D.若从水中射向空气,发生全反射光束a的临界角较光束b的临界角大,答案 BD,3+2P177-【例】,课堂互动讲练,解析 平行的单色光束a、b射到水面上,入射角 i相同,由n= ,所以navb,故B正确;由于同一介质中,频率高的色光传播速度小,所以光束a的频率较光束b的频率小,故C错误;若光束从水中射向空气,由sinC= ,光束a的临界角较光束b的临界角大,故D正确.,答案 BD,课堂互动讲练,课堂互动讲练,二、光的折射、全反射的理解和应用 1全反射现象的理解 (1)光线射向两种介质的界面上，会同时发生光的反射和折射 (2)若光从光密介质射入光疏介质，折射角就大于入射角,课堂互动讲练,(3)当折射角等于90时，实际上就已经没有折射光线了，这时的入射角为临界角C，当入射角1大于等于临界角C时，折射光线消失，发生全反射现象(如图1427),图1427,课堂互动讲练,2.光的折射和全反射综合问题 (1)首先要根据折射或全反射画出光路图 (2)对不同的介质界面要具体问题具体分析，如平行玻璃砖、圆形玻璃砖、三棱镜等 (3)作图时要找出具有代表性的光线，如符合边界条件或全反射临界条件的光线 (4)要注意利用光路的可逆性、对称性，寻找三角形全等、相似等几何关系,课堂互动讲练,1作出光路图，要注意找出符合边界条件或恰好发生全反射的光线 2注意折射和全反射在日常生活和科学技术中的应用，如光纤通信问题,特别提醒,【例】(2011年福州预测卷)如图1422所示，AB为一直光导纤维，AB之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，求光导纤维所用材料的折射率n.,图1422,3+2P179-【例3】,课堂互动讲练,课堂互动讲练,课堂互动讲练,【规律总结】 分析光的全反射、临界角问题的一般思路： (1)画出恰好发生全反射的光路 (2)利用几何知识分析线、角关系，找出临界角 (3)以刚好发生全反射的光线为比较对象来判断光路是否发生全反射，从而画出其他光线的光路图,课堂互动讲练,课堂互动讲练,三、平行玻璃砖与三棱镜比较,课堂互动讲练,课堂互动讲练,课堂互动讲练,在运用光的折射定律作光路图和解决实际问题时，必须注意是否发生全反射，若不发生全反射，要同时考虑反射和折射，若发生了全反射，则不能画折射光线,特别提醒,(2009年高考浙江卷)如图1429所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点已知入射方向与边AB的夹角为30，E、F分别为边AB、BC的中点，则( ),课堂互动讲练,A该棱镜的折射率为 B光在F点发生全反射 C光从空气进入棱镜，波长变小 D从F点出射的光束与入射到E点的光束平行,图1429,答案：AC,课堂互动讲练,课堂互动讲练,abc为一全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图14210所示一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射，若光线入射点O的位置保持不变，改变光线的入射方向(不考虑自bc面反射的光线)，则：,高频考点例析,【例】,(1)使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则哪种色光首先射出？ (2)使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，哪种色光首先射出ab面？,图14210,【解析】(1)白光垂直入射ac面后直射到ab面，入射角为45，发生全反射说明棱镜的临界角C45，这是对从红光到紫光的所有色光说的当入射光顺时针偏转时，在ac面上发生色散，不同色光折射不同，红光偏折小，紫光偏折大，如图14211所示，射到ab,图14211,课堂互动讲练,面上时红光入射角小，紫光入射角大，但它们都小于45.另一方面，棱镜对红光的临界角比紫光的临界角大因此，入射光顺时针逐渐偏转时，在ab面上红光的入射角将首先小于临界角而射出ab面 (2)如果入射光逆时针偏转，则经ab面上的红光、紫光的入射角都大于45，都发生全反射而不可能从ab面射出 【答案】 (1)红光 (2)都不能射出ab面,课堂互动讲练,【例】 如图所示,a、b两束不同的单色光平行地